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一種自動(dòng)定量稱重控制儀的研制(1)

發(fā)布時(shí)間:2020-10-09 15:39:52 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的繁榮和發(fā)展,促進(jìn)了對(duì)定量包裝商品需求的不斷增長(zhǎng)。例如以零售商品為例,根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì),美國(guó)零售市場(chǎng)中定量包裝商品的銷售量占95%以上,我國(guó)零售市場(chǎng)上定量包裝商品的銷售量也己經(jīng)達(dá)到70%左右m,并且其數(shù)量將隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷擴(kuò)大。
本文所研制的自動(dòng)定量稱重控制儀,屬于國(guó)際法制計(jì)量組織0IML(OrganizationofInternationalLegalMetrology)國(guó)際建議R61—1所稱之重力式自動(dòng)裝料衡器(AutomaticGravimetricFillingInstrument)中的控制裝置⑵。在我國(guó),自動(dòng)裝料衡器又稱之為定量自動(dòng)衡器,有些場(chǎng)合還可稱為定量包裝秤、打包秤、灌包秤或打包機(jī)。0ILM把重力式自動(dòng)裝料衡器定義為“通過(guò)自動(dòng)稱量把散狀物料分成預(yù)定且實(shí)際上相對(duì)恒定質(zhì)量的裝料,并將其裝入容器的衡器”
1.1自動(dòng)定量衡器技術(shù)綜述
1.1.1電子衡器的分類
電子稱重裝置主要由承載器、稱重傳感器和稱重儀表三部分組成。按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn),可將電子類衡器作如下劃分'氣
一、按測(cè)試系統(tǒng)劃分
1.靜態(tài)型。靜態(tài)電子衡器是把被稱量物體穩(wěn)定的放置于電子衡器上進(jìn)行測(cè)量的,目前這種類型的電子衡器使用范圍最為廣泛。
2.動(dòng)態(tài)型。動(dòng)態(tài)電子衡器是在靜態(tài)電子衡器的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的一種新型電子衡器,它所測(cè)量的是隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量。
二、按稱量方式劃分
1.接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量主要是通過(guò)傳感器直接與被測(cè)量的運(yùn)動(dòng)物體直接接觸而獲得動(dòng)態(tài)信號(hào),并對(duì)此動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行處理來(lái)獲取真實(shí)的質(zhì)量信息。
2.非接觸式測(cè)量。非接觸式測(cè)量則主要是利用輻射傳感器來(lái)獲取運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)態(tài)信號(hào),并加以分析以得到真實(shí)的質(zhì)量信息。
1.1.2自動(dòng)定量衡器技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況
在近百年的歷史中,稱重技術(shù)大致經(jīng)歷了以下四個(gè)發(fā)展階段;大約半個(gè)多世紀(jì)的機(jī)械式裝置模擬測(cè)量階段;20世紀(jì)50?60年代進(jìn)入了機(jī)電衡器階段;20世紀(jì)70?80年代進(jìn)入了電子測(cè)量階段;自20世紀(jì)80年代以來(lái),全面進(jìn)入了數(shù)字化測(cè)量及微機(jī)智能化測(cè)量的階段‘制句。
一、國(guó)外發(fā)展情況
無(wú)論在技術(shù)水平、品種還是規(guī)模等方面,發(fā)達(dá)國(guó)家的電子稱重設(shè)備都達(dá)到了較高水平。
技術(shù)水平方面的主要標(biāo)志是準(zhǔn)確度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。目前,作為貿(mào)易結(jié)算用的靜態(tài)秤(如平臺(tái)秤),己能達(dá)到OIML規(guī)定的3000d(分度),最高的可以達(dá)到6000d;在穩(wěn)定性方面,要求一年內(nèi)不允許超差;在可靠性方面,稱重桂感器正常使用條件下的壽命一般在十年以上,儀表的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)都超過(guò)2000小時(shí),有些產(chǎn)品達(dá)到了5000小時(shí)。由于加強(qiáng)了應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā),能夠適應(yīng)高溫、振動(dòng)、粉塵、電磁干擾等各種惡劣使用環(huán)境條件,準(zhǔn)確度一般能達(dá)到0.1—0.3%左右‘氣
在品種方面,隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和新技術(shù)的應(yīng)用,出現(xiàn)了一些新品種,如電腦組合定量秤、高速自動(dòng)定量秤等。這些自動(dòng)秤往往與生產(chǎn)過(guò)程緊密結(jié)合,成為生產(chǎn)線的一個(gè)組成部分,或者與生產(chǎn)機(jī)械組合成機(jī)電一體化設(shè)備。
在功能上也比較齊全,大部分是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些功能包括;各種參數(shù)的設(shè)定,如分度值、最大量程、小數(shù)點(diǎn)、固定皮重等設(shè)定;零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤;自動(dòng)去皮;量程自動(dòng)校準(zhǔn);動(dòng)態(tài)檢測(cè);開(kāi)機(jī)自檢和故障診斷;停電數(shù)據(jù)保護(hù);超載報(bào)警;非線性補(bǔ)償;以及毛重、凈重、皮重和累加值的顯示等。
在規(guī)模上,國(guó)外衡器制造業(yè)己是很發(fā)達(dá)的工業(yè)。據(jù)資料介紹,日本1995年時(shí)電子衡器的年產(chǎn)量就已經(jīng)達(dá)到623萬(wàn)臺(tái)、產(chǎn)值達(dá)880億日元,是世界上出口電子衡器最多的國(guó)家國(guó)。
在稱重儀表方面,由于采用了低漂移高增益放大器、電可擦存儲(chǔ)器(EEPR0M)和非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器(NOVRAM)、A-S調(diào)制型模數(shù)轉(zhuǎn)換器和智能稱重傳感器等新技術(shù)閭闖網(wǎng),使其性能和功能都有了很大提高。為了便于與計(jì)算機(jī)通信,稱重儀表配有各種輸出接口供選用,如RS232C、RS485等,有些還采用無(wú)線傳輸方式。
二、國(guó)內(nèi)發(fā)展情況
我國(guó)從六十年代中期開(kāi)始研制和生產(chǎn)電子秤,初期為模擬指針式,后來(lái)發(fā)展成數(shù)字式。自八十年代初以來(lái),與國(guó)外開(kāi)展了技術(shù)交流和合作,引進(jìn)了一批樣機(jī)、生產(chǎn)技術(shù)和加工測(cè)試設(shè)備,通過(guò)消化、吸收和改造,使電子稱重裝置的綜合水平有了很大的提高,產(chǎn)品發(fā)展到幾十種。但總的來(lái)說(shuō),我國(guó)電子稱重裝置只相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家八十年代中期的水平'%
我國(guó)同發(fā)達(dá)國(guó)家差距的突出表現(xiàn),在于電子衡器在各領(lǐng)域所使用的各種衡器中所占百分比數(shù)量方面。在我國(guó),電子衡器在工業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H使用的各種衡器中所占比例為40.8%,商用領(lǐng)域所占比例為6.4%;而發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)領(lǐng)域中電子衡器所占比例為80?90%,商用領(lǐng)域?yàn)?0?60%。差距的第二個(gè)表現(xiàn)是品種尚少,功能不齊全。目前,國(guó)內(nèi)500g以下范圍的小秤量定量包裝機(jī)占了絕大多數(shù),500g以上定量包裝機(jī)生產(chǎn)廠家相對(duì)較少;再次是產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性不夠理想,某些關(guān)鍵元件尚依賴于進(jìn)口“氣
近年來(lái),我國(guó)自動(dòng)定量稱重衡器技術(shù)發(fā)展很快,并且已經(jīng)成為衡器行業(yè)中發(fā)展最迅速的產(chǎn)品種類。例如,將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于定量稱重[161[17][1S]以及在電阻應(yīng)變式稱重傳感器方面采用蠕變補(bǔ)償四、模糊補(bǔ)償紅和滯后補(bǔ)償皿皈技術(shù)等。
三、發(fā)展方向展望
定量稱重衡器已日益滲透到幾乎全部工業(yè)領(lǐng)域和生產(chǎn)過(guò)程,而且將不再是單純的稱重計(jì)量,而是向多參數(shù)、多專業(yè)綜合控制方面拓展,逐漸形成多元化智
能管理和控制系統(tǒng)。這種橫縱兩個(gè)方向的深入發(fā)展,大體可以概括為以下幾個(gè)方面啊総
1.網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。通過(guò)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上通訊和遠(yuǎn)程計(jì)量,形成物流管理網(wǎng)絡(luò),企業(yè)各部門同時(shí)共享稱重信息。
2.質(zhì)量控制。在配料系統(tǒng)中,單純的稱重計(jì)量是不能完成配料的。為此,衡器稱重需結(jié)合化學(xué)分析,即兼有成分測(cè)控功能。
3.工藝控制機(jī)。即除了具有稱重功能以外,還需檢測(cè)或保證其它物理參數(shù)的多參數(shù)控制機(jī)。
4.定量包裝機(jī)。它已不是單一的稱重衡器,而是將機(jī)械、電氣、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與衡器融為一體的機(jī)電結(jié)合的智能化設(shè)備。
總之,智能化、自動(dòng)化、多功能化將成為現(xiàn)代定量稱重技術(shù)的發(fā)展方向網(wǎng)。
1.2研究本課題的意義
定量稱重電子衡器是當(dāng)今世界衡器技術(shù)發(fā)展的前沿產(chǎn)品,它能有效的解決稱重過(guò)程中速度和準(zhǔn)確性難以統(tǒng)一的問(wèn)題,而這兩個(gè)指標(biāo)卻又是定量稱重衡器最重要的性能指標(biāo)?,F(xiàn)在我國(guó)一些中小企業(yè)中所使用的機(jī)械衡器,雖然在一定程度上可保證稱量精度,但高效是絕對(duì)無(wú)法做到的。
作為一個(gè)人口大國(guó),我國(guó)定量包裝商品的需求量很大。據(jù)調(diào)查,單單冶金企業(yè)每年新增和更換的各類工業(yè)電子秤就達(dá)約5000臺(tái),而其它工業(yè)及商業(yè)部門也都需要裝備數(shù)量很大的電子稱重裝置。面對(duì)國(guó)內(nèi)巨大的需求,我國(guó)自動(dòng)定量稱重控制儀表技術(shù)相對(duì)落后的現(xiàn)狀亟需改變。期望本課題的研究工作,能夠?qū)Ω纳莆覈?guó)自動(dòng)定量稱重控制儀表技術(shù)相對(duì)落后的局面有所貢獻(xiàn)。
1.3本論文完成的主要工作
本論文利用ATmega32L單片機(jī)和電阻應(yīng)變式稱重傳感器,研制了一種新型的定量稱重控制儀,所完成主要工作如下:
1.在對(duì)國(guó)內(nèi)外定量稱重控制現(xiàn)狀進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上,指出了定量稱重控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì);
2.介紹了定量稱重控制儀的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其所具有的功能和特點(diǎn);
3.設(shè)計(jì)了以ATmega32L為核心微控制器的稱重控制處理單元以及信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)釆集電路、顯示和鍵盤電路、系統(tǒng)的輸入和輸出電路、系統(tǒng)的電源電路和電源監(jiān)控電路等電路系統(tǒng);
4.選用了靈敏度和滿度分辨率高、非線性誤差和溫漂系數(shù)小、性能穩(wěn)定的高精度電阻應(yīng)變式稱重傳感器和△-£型24位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換處理芯片ADS1251,保證了系統(tǒng)的測(cè)量精度和準(zhǔn)確度;
5.設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制功能程序、鍵盤及顯示控制程序等軟件系統(tǒng)。利用控制功能程序?qū)崿F(xiàn)了三級(jí)給料定量稱重過(guò)程的自動(dòng)控制、提前量數(shù)據(jù)的自行修正、包裝數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存等多項(xiàng)實(shí)用功能,并采用了軟件控制策略較好地解決了稱量速度與精度之間的矛盾;
6.在采取硬件濾波措施的同時(shí),釆用了由軟件程序?qū)崿F(xiàn)的數(shù)字濾波算法,可通過(guò)改變?yōu)V波算法數(shù)學(xué)模型中的濾波深度參數(shù)來(lái)調(diào)整系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確度;
7.總結(jié)了本系統(tǒng)中的軟硬件可靠性技術(shù)應(yīng)用情況;
8.進(jìn)行了系統(tǒng)穩(wěn)定性、靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析,驗(yàn)證了本控制儀的穩(wěn)定性以及定量稱重控制的準(zhǔn)確度和精確度;
9-對(duì)研制工作進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)系統(tǒng)今后的改進(jìn)和完善提出了若干建議。

 

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